大气科学导论2-大气成分与结构.ppt

第二章大气的起源、成分和结构参考书Atmosphere大气是人类赖以生存的最重要的资源从太空中看，地球是一颗明亮的蓝色星球，美丽而多变。蓝色是因为它表面的四分之三是覆盖着蓝色的海洋，明亮是因为它上面有许多云层。圣人的洋葱皮主要内容§2.1地球的形成太阳系行星分类行星
类型地球§2.1地球的形成太阳系的形成小结一内容典故：李世民和魏征
“夫，以铜为镜，可以正衣冠；以史为镜，可以知兴替；以人为镜，可以知得失。魏征没，朕亡一镜矣！”
——刘昫（xù）《旧唐书》从宏观上看，地球演化主要是地球各圈层的演化以及各圈层演化的耦合关系。地球的演化分为古大气圈的演化、古水圈的演化、古生物圈的演化、古岩石圈的演化等等。因此，大气圈的演化也要结合各圈层进行分析。§2.2大气圈的演化一、原生大气（天文大气圈）二、次生大气（地质大气圈）次生大气中没有氧，即使有也不能保留。当时地面温度很高，地壳中有很多金属铁，氧将很快和金属铁反应形成氧化铁。生命的起源和演化可能在太古宙早期就完成了。简单物质：火山喷发和雷电的作用，在原始的大气层中出现了较多的甲烷、氮、氨、二氧化碳、硫化氢、水蒸气等。有机化合物：在火山、闪电、电离辐射、高温和高压长期作用下，与金属化合物的化合与分解形成了各种有机化合物，如：氨基酸、核苷酸、单糖、甘油、脂肪酸等.有机大分子：上述有机化合物汇集在原始海洋中，经过化学反应聚合成有机大分子，如：蛋白质、核酸等。团聚体：大量有机大分子在水溶液中聚集成多分子体系。
原核生物：这些团聚体产生了界膜，独立于水体，从外界中吸收物质，将废物排除体外—新陈代谢，并且有了繁殖的能力。原核生物（菌澡类）生活在海洋中，能进行光合作用。
生物圈
生物的生物学进化开始，微体原核生物——38亿年；
最古老叠层石和微体生物化石记录——35亿年；
大气圈
大气中无游离态的氧，海水中有游离态的氧。
条带状硅铁质岩石（磁铁石英岩）的大量存在，说明是一种过度状态。因为大量磁铁矿的形成需要大量的低价铁（未经氧化），经过溶解汇入海盆，又要在海水中大量变为高价铁（氧化）而普遍沉淀。说明大气中乏氧（游离），而海水中又有游离氧的存在。二、次生大气三、现代大气元古代25-5.4亿年古生代次生大气和现代大气成分的比较小结二内容§2.3大气的成分氧气：一切生命所不可缺少的。
是地表一切生命所必须的气体。如动、植物的呼吸，要在氧化作用中得到维持生命的热能。
一切有机物的燃烧、腐败和分解都依赖于氧，氧气被称为“有生命的气体”。即使能够获得燃料，生火也需要空气中至少有12%的氧气。大气中的氧气只需提高大约4%，就会引起世界性的火灾。氧气现在浓度每增加1%，闪电造成森林大火的概率就增加70%。若氧气成分达到25%，一旦着起火来，即使是潮湿的植被也会不断地燃烧下去，闪电引发的森林大火将会烈焰冲天，直到所有的可燃物全部烧光。（LovelockJ，1979）2.氮气水汽：占大气总质量的0.25%：可变
浓度随高度迅速减少，观测表明，在1.5～2km高度上，水汽含量已减少为地面的一半，到5km高度上，只有地面的1/10。
大气中水汽的含量还与地理纬度、海岸分布、地势高低、季节以及天气条件等密切相关。在温暖潮湿的热带地区、低纬暖水洋面，低空水汽含量最大，体积混合比可达4%，而干燥的沙漠地带和极地，水汽含量极少，仅为0.1~0.002%。水汽的相态变化水汽是大气中的重要成分
随着大气的垂直运动，空气中的水汽会发生凝结或凝华，形成水滴或冰晶，进而产生云和降水（雨、雪、冰雹等）；
水汽发生相变时会吸收或释放大量的热量(潜热)；
水汽能强烈地吸收和放出长波辐射，是一种重要的温室气体。通过水的相态变化，海洋、河流、江湖和土壤等的蒸发向大气输送水汽，大气中的水汽通过凝结或凝华形成降水，又回到海洋、河流、土壤，使不同部分的水不断发生更替，形成水循环。水汽在大气中的平均停留时间为11天。水汽在大气中的平均停留时间CO2：占大气体积(质量)的0.035%(0.037%)。
通过动植物呼吸，有机物腐朽分解、火山喷发、化石燃料燃烧进入大气。
它的消耗是植物光合作用(海洋)以及与地表的岩石发生化学反应。
CaSiO3+CO2CaCO3+SiO2
CO2+H2O+ν<CH2O+O2
在大气中的停留时间大约是15year。§2.3大气的成分傅立叶被世人所推崇主要在于他在数学(傅立叶分析)和热传导上的卓越贡献臭氧（O3）：
德国科学家麻鲁(VanMarum)1786年在实验室中发现，1839年德国化学家斯考宾(C.F.Schonbein)再次发现并命名为OZEIN，意思是发臭味的物质。
一般气态的O3浅蓝色无味，浓度达到10-6左右时，有特殊的刺鼻味道，在雷电天气或有放电作业的场合中往往可以嗅到臭氧的味道。O3的产生图中蓝色粒子代表氮原子，